一种树木胸径自动组网观测系统技术方案

本实用新型专利技术公开一种树木胸径自动组网观测系统，包括：分布式高精度测量结构、分布式节点采集器、LORA自组网终端采集器及云平台；分布式高精度测量结构由多个高精度测量结构组成，分布式节点采集器由多个节点采集器组成，被测树木上安装高精度测量结构和节点采集器，二者有线连接，多个树木同时构成分布式测量；LORA自组网终端采集器包括数据存储模块、数据处理模块、LORA通讯模块、GPRS通讯模块、太阳能供电和电源管理模块；云平台包括可上网服务器和数据管理平台。本系统可实现胸径自动连续长期观测且通过无线局域组网，数据自动传输到云平台，可随时通过云平台查看下载数据；提升森林生态系统长期监测自动化、智能化水平。

An automatic network observation system for DBH of trees

【技术实现步骤摘要】
一种树木胸径自动组网观测系统
本技术的一种树木胸径自动组网观测系统，涉及一种用于森林生态系统乔木胸径生长变化在线自动观测系统,属于生态学或林学等林木胸径变化监测研究
,特别涉及到森林生态系统乔木径向生长长期监测、森林蓄积量、碳储量估算等研究领域。
技术介绍
胸径是指高于地面1.3m并平行于地面的树木直径。胸径是森林生态系统最重要、最易得到的关键参量，可以直接反应森林乔木生长和健康状况等，也是推演冠层高度、森林蓄积量、生物量、生产力、碳储量等的核心基础数据，是森林植被研究、森林生态系统监测、森林资源调查的必测核心指标。中国生态系统研究网络1公顷样地以及生物多样性监测网络5-25公顷大样地均要求测定胸径>1cm的所有乔木植株，因此胸径每木观测工作量很大。目前观测通用的方法是采用胸径尺法或游标卡尺法进行人工测量，也有采用胸径生长环的方法，但也需要人工测量生长环变化量，相对来说效率比较低，精度也只能到毫米级，并且主观误差大，不适用于开展高频动态观测。目前国外有些测量仪器，例如RD1000利用激光测距原理非接触式测定茎干生长，虽然较传统人工测量省时省力，但还是无法进行定位自动连续长期高频观测。德国ECOMATIC公司生产的Dendrometer植物生长测量仪，虽然可以实现胸径的连续自动测量，但是每套仪器只能采用有线连接方式测定距离2米之内的4个树木胸径，安装和使用很不方便，在森林中应用很受限，并且价格昂贵不适用于每木观测的大量配备，此外数据定期人工下载，并通过excel重新将导出电压变化值计算得到胸径值，增加了数据丢失或错误的可能，也不能实时在线监测设备状态。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种树木胸径自动组网观测系统，应用该系统可以实现每木胸径变化量的动态、连续、高精度自动组网观测，并将数据直接无线传输到云端，保障数据可远程在线查看，并对仪器状态进行远程监控，提高了胸径测量的自动化和智能化，并且也保障了科学数据的可靠性和连续性，可为森林管理、森林蓄积量、碳储量估算等研究领域提供更精确、更高频的数据来源。一种树木胸径自动组网观测系统，包括：分布式高精度测量结构、分布式节点采集器、LORA自组网终端采集器及云平台；所述分布式高精度测量结构由多个高精度测量结构组成，所述分布式节点采集器由多个节点采集器组成，每棵被测树木上同时安装高精度测量结构和节点采集器，多个树木同时测定构成分布式测量；高精度测量结构对固定位置的树木径向生长的位移变化量进行自动观测，并将位移变化的电压信号通过有线连接传送到节点采集器；节点采集器将高精度位移传感器传输过来的电压信号进行信号隔离放大、通过LORA通讯模块将信号无线发射给LORA自组网终端采集器；LORA自组网终端采集器由数据存储模块、数据处理模块、LORA通讯模块、GPRS通讯模块、太阳能供电和电源管理模块组成，LORA通讯模块接收分布式节点采集器的LORA通讯信号，将信号传输到数据储存模块进行存储，并同时经过数据处理模块将电压计算转换为径向生长量数据并储存到数据存储模块，最后通过GPRS无线通讯模块将数据远程传输到云平台，LORA自组网终端采集器的供电采用太阳能供电，电源管理模块通过将太阳能转换为直流供电为LORA组网终端采集器各个模块供电；云平台由可上网服务器和数据管理平台组成，接收LORA自组网终端采集器远程无线传输的数据，并通过数据管理平台进行实时数据展示、管理和计算。其中，每个所述的高精度测量结构由围树固定器及支架、弹簧复位器和高精度位移传感器组成，高精度位移传感器一端通过支架固定在被测树木一侧，另一端与弹簧复位器相连，弹簧复位器由弹簧及顶端锥形体组成，顶端锥形体具有小孔；围树固定器包括围树钢绳和螺丝，围树钢绳从顶端锥形体的小孔穿过，围绕在树的胸径测量位置，并通过钢绳上的螺丝固定。其中，每个所述的节点采集器均由数模转换模块、LORA通讯模块、电源管理模块组成。其中，所述的电压计算转换公式为：径向生长量X(μm)＝(电压值V/5)*12mm*1000。本技术一种树木胸径自动组网观测系统，其优点在于：该观测仪是基于物联网技术的低成本树木径向生长高精度、高频率、自动观测设备，可以实现胸径进行自动连续长期观测，测量精度可达0.01mm，并且通过无线局域组网，数据自动传输到云平台，传输频率可到每分钟，并且可随时通过云平台查看下载数据。提升森林生态系统长期监测自动化、智能化水平，服务于科学研究、林业管理和国家生态文明建设等重大需求。附图说明图1所示为本技术一种树木胸径自动组网观测系统整体流程图。图2所示为高精度测量结构示意图。其中1-高精度位移传感器、2-围树钢绳、3-支架、4、螺丝、5-弹簧、6-顶端锥形体。图3所示为节点采集器内部结构组成及工作流程。图4所示为LORA自组网终端采集器内部结构组成与工作流程。具体实施例下面结合附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的说明。一种树木径向生长分布式组网在线观测系统，主要包括：分布式高精度测量结构、分布式节点采集器、LORA自组网终端采集器及云平台4个部分组成。每个被测树木上同时安装分布式高精度测量结构和分布式节点采集器，多个树木同时测定构成分布式测量。所述分布式高精度测量结构由多个高精度测量结构组成，每个高精度测量结构由围树固定器及支架、弹簧复位器和高精度位移传感器组成，可以对固定位置的树木径向生长的位移变化量进行自动观测，并将位移变化的电压信号通过有线连接传送到节点采集器。如图2所示，高精度位移传感器1一端通过支架3固定在被测树木一侧，另一端与弹簧复位器相连，弹簧复位器由弹簧5及顶端锥形体6组成，顶端锥形体6具有小孔，围树固定器包括围树钢绳2和螺丝4，围树钢绳2从顶端锥形体6的小孔穿过，围绕在树高1.3米的胸径测量位置，并通过钢绳上的螺丝4固定，轻按弹簧复位器后固定螺丝，保证固定位置不脱落，但不能过紧，以避免影响植物生长。如图3所示，分布式节点采集器由多个节点采集器组成，每个节点采集器由数模转换模块、LORA通讯模块、电源管理模块组成，通过电源管理模块为高精度位移传感器供电，并将高精度位移传感器传输过来的电压信号进行信号隔离放大、通过LORA通讯模块将信号无线发射给LORA自组网终端采集器。如图4所示，LORA自组网终端采集器由数据存储模块、数据处理模块、LORA通讯模块、GPRS通讯模块、太阳能供电和电源管理模块组成，LORA通讯模块接收分布式节点采集器的LORA通讯信号，将信号传输到数据储存模块进行存储，并同时经过数据处理模块将电压计算转换为径向生长量数据并储存到数据存储模块，其中，电压计算转换公式为：径向生长量X(μm)＝(电压值V/5)*12mm*1000，最后通过GPRS无线通讯模块将数据远程传输到云平台，LORA自组网终端采集器的供电采用太阳能供电，电源管理模块通过将太阳能转换为直流供电为LORA组网终端采集器各个模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种树木胸径自动组网观测系统，其特征在于：所述的观测系统包括：分布式高精度测量结构、分布式节点采集器、LORA自组网终端采集器及云平台；所述分布式高精度测量结构由多个高精度测量结构组成，所述分布式节点采集器由多个节点采集器组成，每个被测树木上同时安装高精度测量结构和节点采集器，二者通过有线连接，多个树木同时测定构成分布式测量；每个高精度测量结构由围树固定器及支架、弹簧复位器和高精度位移传感器组成；每个节点采集器均由数模转换模块、LORA通讯模块、电源管理模块组成；/nLORA自组网终端采集器由数据存储模块、数据处理模块、LORA通讯模块、GPRS通讯模块、太阳能供电和电源管理模块组成；/n云平台由可上网服务器和数据管理平台组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种树木胸径自动组网观测系统，其特征在于：所述的观测系统包括：分布式高精度测量结构、分布式节点采集器、LORA自组网终端采集器及云平台；所述分布式高精度测量结构由多个高精度测量结构组成，所述分布式节点采集器由多个节点采集器组成，每个被测树木上同时安装高精度测量结构和节点采集器，二者通过有线连接，多个树木同时测定构成分布式测量；每个高精度测量结构由围树固定器及支架、弹簧复位器和高精度位移传感器组成；每个节点采集器均由数模转换模块、LORA通讯模块、电源管理模块组成；
LORA自...

【专利技术属性】
技术研发人员：张琳，宋创业，吴冬秀，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：新型
国别省市：北京;11